[教育]預(yù)應(yīng)力混凝土的原理及計(jì)算規(guī)定

1、預(yù)應(yīng)力混凝土的原理及計(jì)算規(guī)定,10.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的概念(Concept of PRC)一、鋼筋混凝土的缺欠,跨度為5.2m的簡支梁，截面尺寸為200×450mm2，作用均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10kN/m，均布恒荷載gk=5kN/m。,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,,,,★ 產(chǎn)生上述問題原因主要是因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度太低，導(dǎo)致受拉區(qū)混凝土過早開裂，截面抗彎剛度顯著降低?！?鋼筋

2、混凝土梁應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)時(shí)，如為增加剛度而加大截面尺寸，會導(dǎo)致自重進(jìn)一步增大，形成惡性循環(huán)?！?如增加鋼筋來提高剛度，則鋼材的強(qiáng)度得不到充分利用，造成浪費(fèi)。★ 采用高強(qiáng)鋼筋，按正截面承載力要求可減少配筋，截面抗彎剛度基本與配筋面積成比例降低，故撓度變形控制難以滿足?！?裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力基本成正比，一般Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承載力計(jì)算，Ms下sss=(0.5~0.7)fy。對于Ⅱ級鋼筋，fy =300MPa，

3、sss=150~210MPa，裂縫寬度已達(dá)(0.15~ 0.25) mm。如采用Ⅵ級高強(qiáng)鋼筋，fy=580MPa，則sss= 290 ~406 MPa，裂縫寬度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過容許限值。,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,二、預(yù)應(yīng)力的基本概念,,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,,,由于預(yù)加應(yīng)力spc較大，受拉邊緣仍處于受壓狀態(tài)，不會出現(xiàn)開裂；,受拉邊緣應(yīng)力雖然受拉，但拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，一般不會出現(xiàn)開裂；,受拉邊緣應(yīng)力超過混凝

4、土的抗拉強(qiáng)度，雖然會產(chǎn)生裂縫，但比鋼筋混凝土構(gòu)件（Np =0）的開裂明顯推遲，裂縫寬度也顯著減小。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,10.2 施加預(yù)應(yīng)力的方法,,,,先張法,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,,,,,后張法(Pret

5、ension),,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,,,,,后張法Post-tension,,,,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,,,,,,,,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土,★錨具的可靠性★高強(qiáng)鋼絲的可靠度,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,10.3 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本受力分析,一、截面應(yīng)力計(jì)算,,,,二、截面受

6、力特點(diǎn),受荷以前,受荷以后,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件是依靠內(nèi)力臂的變化來抵抗外彎矩的作用，在受力過程中預(yù)應(yīng)力筋一直承受較大的拉力Np，而截面混凝土則一直主要承受壓力C。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件開裂后，內(nèi)力臂基本保持不變，而鋼筋拉力T和壓區(qū)混凝土的壓力C隨彎矩增長而不斷增大。預(yù)應(yīng)力混凝土的這種受力特點(diǎn)，充分利用了鋼筋抗拉強(qiáng)度和混凝土抗壓強(qiáng)度高特性，可以使得高強(qiáng)度材料強(qiáng)度高的性能得以發(fā)揮。,第十章 預(yù)應(yīng)

7、力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,三、平衡荷載概念,取,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,r,當(dāng)w=gk時(shí)，曲線預(yù)應(yīng)力筋對混凝土產(chǎn)生橫向分布壓力恰好抵消梁均布恒荷載gk。按這種方法設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)稱為平衡荷載法。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,10.4 預(yù)應(yīng)力混凝土的材料及錨夾具,一、預(yù)應(yīng)力鋼筋◆ 預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度越高越好?！?而且在預(yù)應(yīng)力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預(yù)應(yīng)力筋中預(yù)先施加的張拉應(yīng)

8、力會產(chǎn)生損失，因此，為使得扣除應(yīng)力損失后仍具有較高的張拉應(yīng)力，也必須使用高強(qiáng)鋼筋（絲）作預(yù)應(yīng)力筋?！?為避免在超載情況下發(fā)生脆性破斷，預(yù)應(yīng)力筋還必須具有一定的塑性。同時(shí)還要求具有良好的加工性能，以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求?！?對鋼絲類預(yù)應(yīng)力筋，還要求具有低松弛性和與混凝土良好的粘結(jié)性能，通常采用‘刻痕’或‘壓波’方法來提高與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,1、冷拉低合金鋼筋◆ 通常將Ⅳ級熱軋鋼

9、筋經(jīng)冷拉后作為預(yù)應(yīng)力筋，抗拉強(qiáng)度可達(dá)580MPa?！?為解決粗直徑鋼筋的連接問題，鋼筋表面軋制成不帶縱向肋的精制螺紋，可用套筒直接連接?！?但隨著近年來高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的大量生產(chǎn)，這種預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)用已很少。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,2、中高強(qiáng)鋼絲中高強(qiáng)鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)過幾次冷拔后得到。中強(qiáng)鋼絲的為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為1470~1860MPa。鋼絲直徑為3~9mm。為增加

10、與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度，鋼絲表面可采用‘刻痕’或‘壓波’，也可制成螺旋肋。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,消除應(yīng)力鋼絲：鋼絲經(jīng)冷拔后，存在有較大的內(nèi)應(yīng)力，一般都需要采用低溫回火處理來消除內(nèi)應(yīng)力。消除應(yīng)力鋼絲的比例極限、條件屈服強(qiáng)度和彈性模量均比消除應(yīng)力前有所提高，塑性也有所改善。,3、鋼絞線 鋼絞線是用2、3、7股高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成的一種高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋，其中以7股鋼絞線應(yīng)用最多。

11、7股鋼絞線的公稱直徑為9.5~15.2 mm，通常用于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，強(qiáng)度可高達(dá)1860MPa。2股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構(gòu)件，以提高與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束,4、熱處理鋼筋 用熱軋中碳低合金鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后制成的高強(qiáng)度鋼筋，直徑為6~10mm，抗拉強(qiáng)度為1470MPa。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,除冷拉低合金鋼筋外，其余預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力-應(yīng)

12、變曲線均無明顯屈服點(diǎn)，采用殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的條件屈服點(diǎn)作為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)。,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,二、混凝土——預(yù)應(yīng)力混凝土要求采用高強(qiáng)混凝土★可以施加較大的預(yù)壓應(yīng)力，提高預(yù)應(yīng)力效率；★有利于減小構(gòu)件截面尺寸，以適用大跨度的要求；★具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預(yù)壓時(shí)的彈性回縮；★徐變較小，有利于減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；★與鋼筋有較大粘結(jié)強(qiáng)度，減少先張法預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力傳遞長度；

13、★有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；★強(qiáng)度早期發(fā)展較快，可較早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工速度，提高臺座、模具、夾具的周轉(zhuǎn)率，降低間接費(fèi)用 一般預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不低于C30，當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲時(shí)不低于C40。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,三、錨具和夾具,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算

14、規(guī)定,,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,夾片式錨具,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,10.5 張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失,◆ 在張拉預(yù)應(yīng)力筋對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，張拉設(shè)備（千斤頂油壓表）所控制的總張拉力Np,con除以預(yù)應(yīng)力筋面積Ap得到的應(yīng)力稱為張拉控制應(yīng)力scon。,◆ 它是預(yù)應(yīng)力筋在在構(gòu)件受荷以前所經(jīng)受的最大應(yīng)力?！?

15、張拉控制應(yīng)力scon取值越高，預(yù)應(yīng)力筋對混凝土的預(yù)壓作用越大，可以使預(yù)應(yīng)力筋充分發(fā)揮作用?！?但scon取值過高，可能會在張拉時(shí)引起破斷事故，產(chǎn)生過大應(yīng)力松弛。因此，《規(guī)范》規(guī)定了張拉控制應(yīng)力限值[scon]。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,因?yàn)閷︻A(yù)應(yīng)力筋的張拉過程是在施工階段進(jìn)行的，同時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋也是對它進(jìn)行的一次檢驗(yàn)，所以表中[scon]是以預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度給出的，且[scon]可不受抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的限制。在下

16、列情況下， [scon]可提高0.05 fptk：⑴ 為提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能，而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋；⑵為部分抵消應(yīng)力松弛、摩擦、分批張拉和溫差產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 為避免scon的取值過低，影響預(yù)應(yīng)力筋充分發(fā)揮作用，《規(guī)范》規(guī)定scon不應(yīng)小于0.4 fptk。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,二、預(yù)應(yīng)力損失◆ 預(yù)應(yīng)力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質(zhì)以及制作方法上原因，預(yù)應(yīng)力筋中應(yīng)力會從scon

17、逐步減少，并經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才會最終穩(wěn)定下來，這種應(yīng)力降低現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失?！?由于最終穩(wěn)定后的應(yīng)力值才對構(gòu)件產(chǎn)生實(shí)際的預(yù)應(yīng)力效果。因此，預(yù)應(yīng)力損失是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)關(guān)鍵的問題?！?過高或過低估計(jì)預(yù)應(yīng)力損失，都會對結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生不利影響。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,10.5 張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失,由于預(yù)應(yīng)力的通過張拉預(yù)應(yīng)力筋得到，凡是能使預(yù)應(yīng)

18、力筋產(chǎn)生縮短的因素，都將引起預(yù)應(yīng)力損失，主要有：◆ 錨固損失：錨具變形引起預(yù)應(yīng)力筋的回縮、滑移◆ 摩擦損失：在預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，后張法預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦，先張法預(yù)應(yīng)力筋與錨具之間以及折點(diǎn)處的摩擦，也會使張拉應(yīng)力造成損失。◆ 混凝土的收縮和徐變引起的損失◆ 松弛損失：長度不變的預(yù)應(yīng)力筋，在高應(yīng)力的長期作用下會產(chǎn)生松弛，會引起預(yù)應(yīng)力損失?！?溫差損失：先張法中的熱養(yǎng)護(hù)引起的溫差損失◆ 彈性壓縮損失：混凝土彈性壓縮，后張

19、法中后拉束對先張拉束造成的壓縮變形而產(chǎn)生分批張拉損失等。,1、錨固損失sl1 預(yù)應(yīng)力筋張拉后錨固時(shí)，由于錨具受力后變形、墊板縫隙的擠緊以及鋼筋在錨具種的內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失記為sl1。對直線預(yù)應(yīng)力筋，,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,2、摩擦損失sl2 摩擦損失是指在后張法張拉鋼筋時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力筋與周圍接觸的混凝土或套管之間存在摩擦，引起預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力隨距張拉端距離的增加而逐漸減少的現(xiàn)象。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝

20、土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,取dx=rdq，Np=spAp,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,q 為張拉端與計(jì)算截面曲線部分的切線夾角（rad）設(shè)該夾角很小，可近似取張拉端到計(jì)算截面的距離 x = rq ，則摩擦損失sl2為，,若,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,,對于曲線預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固時(shí)，由于錨具變形和鋼筋內(nèi)縮a(mm)，使預(yù)應(yīng)力筋有回縮的趨勢，從而產(chǎn)生反向摩擦

21、力以阻止其內(nèi)縮。,反向摩擦力只在一定的影響長度lf(m)內(nèi)發(fā)生，即在距張拉端lf處，預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)縮值為零。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,設(shè)反向摩擦和正向摩擦相同Ds =2sl2,,,內(nèi)縮值,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,設(shè)反向摩擦和正向摩擦相同Ds =2sl2,,,減少摩擦損失的措施,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,3、熱養(yǎng)護(hù)損失sl3 為

22、縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)加快混凝土的凝結(jié)硬化。升溫時(shí)，新澆混凝土尚未結(jié)硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預(yù)應(yīng)力筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力隨溫度的增高而降低，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3。降溫時(shí)，混凝土達(dá)到了一定的強(qiáng)度，與預(yù)應(yīng)力筋之間已具有粘結(jié)作用，兩者共同回縮，已產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3無法恢復(fù)。設(shè)養(yǎng)護(hù)升溫后，預(yù)應(yīng)力筋與臺座的溫差為D t ℃，取鋼筋的溫度膨脹系數(shù)為1×10-5/℃，則有，,第

23、十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,4、鋼筋松弛損失sl4鋼筋在高應(yīng)力長期作用下具有隨時(shí)間增長產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì)。在長度保持不變的條件下，應(yīng)力值隨時(shí)間增長而逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為松弛。應(yīng)力松弛與初始應(yīng)力水平和作用時(shí)間長短有關(guān)。根據(jù)應(yīng)力松弛的長期試驗(yàn)結(jié)果，《規(guī)范》取,普通預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線：,低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線：當(dāng)scon≤0.7fptk時(shí)，,當(dāng)0.7fptk <scon≤0.8fptk時(shí)，,ψ為超張拉系數(shù)，一次

24、張拉時(shí)，取ψ=1；超張拉時(shí)，取ψ=0.9。當(dāng)scon≤0.5fptk時(shí)，可不考慮應(yīng)力松弛損失，即取sl4=0。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,5、收縮徐變損失sl5混凝土的收縮和徐變，都會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件長度的縮短，預(yù)應(yīng)力筋隨之回縮，引起預(yù)應(yīng)力損失。由于收縮和徐變是同時(shí)隨時(shí)間產(chǎn)生的，且影響二者的因素相同時(shí)隨變化規(guī)律相似，《規(guī)范》將二者合并考慮?！兑?guī)范》對混凝土收縮和徐變引起的損失，按下列公式計(jì)算：,先張法,后張法

25、,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,An=Ac +asAs,先張法,后張法,A0=Ac+apAp+asAs,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,三、預(yù)應(yīng)力損失的組合預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件從預(yù)加應(yīng)力開始即需要進(jìn)行計(jì)算，而預(yù)應(yīng)力損失是分批發(fā)生的。因此，應(yīng)根據(jù)計(jì)算需要，考慮相應(yīng)階段所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。⑴混凝土預(yù)壓前完成的損失?lI；⑵混凝土預(yù)壓后完成的損失?lII。根據(jù)上述預(yù)應(yīng)力

26、損失發(fā)生時(shí)間先后關(guān)系，具體組合見表。,第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及計(jì)算規(guī)定,,考慮到預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的誤差，在總損失計(jì)算值過小時(shí)，產(chǎn)生不利影響，《規(guī)范》規(guī)定當(dāng)總損失值?l =?lI +?lII小于下列數(shù)值時(shí)，按下列數(shù)值取用，先張法構(gòu)件 100MPa后張法構(gòu)件 80MPa,四、混凝土彈性壓縮引起的損失sle先張法構(gòu)件放張時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋與混凝土一起受壓縮短，引起預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力降低。設(shè)混凝土預(yù)壓應(yīng)力在彈性范圍，

27、則根據(jù)鋼筋與混凝土共同變形的條件，可得混凝土彈性壓縮引起的損失sle為，,對后張法構(gòu)件，當(dāng)一次張拉所有預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，無彈性壓縮損失。,10 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,本章目錄,10.1 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本概念及分類 10.2 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 10.3 預(yù)應(yīng)力各項(xiàng)損失的計(jì)算及工程應(yīng)用 10.4 預(yù)應(yīng)力筋傳遞長度及端錨區(qū)局壓計(jì)算 10.5 軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析 10.6 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算 1

28、0.7 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件 10.8 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求 10.9 部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,,10.1 概 述,10.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念,普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用存在的問題,1）在正常使用條件下構(gòu)件受拉區(qū)裂縫的存在，導(dǎo)致了受拉區(qū)混凝土浪費(fèi)，還使得構(gòu)件剛度降低，變形較大。,2）考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性與適

29、用性，必須控制構(gòu)件的裂縫寬度和變形。,在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)鋼材是不能充分利用,,,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的定義,在正常受荷前預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結(jié)構(gòu)稱為“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。,ACI對預(yù)應(yīng)力混凝土的定義為“預(yù)應(yīng)力混凝土是根據(jù)需要人為施加某一數(shù)值與分布的壓應(yīng)力用以部分或全部抵消荷

30、載應(yīng)力的一種加筋混凝土。”,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理,,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,(1)改善結(jié)構(gòu)的使用性能(2)減小構(gòu)件截面尺寸，減輕自重(3)充分利用高強(qiáng)度鋼材(4)具合良好的裂縫閉合性能(5)提高抗疲勞強(qiáng)度(6)具有良好的經(jīng)濟(jì)性,（1）大跨度結(jié)構(gòu)（2）對抗裂縫有特殊要求的結(jié)構(gòu)（3）某些高聳結(jié)構(gòu)（5）特殊

31、要求的一般建筑（4）大量制造的預(yù)制構(gòu)件,10.1.2（3） 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類及預(yù)加力的方法,根據(jù)預(yù)應(yīng)力施加的程度分類,,或,,各符號含義見教材P215,,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,混凝土構(gòu)件的分類,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,根據(jù)預(yù)應(yīng)力的施加方式,先張

32、法,后張法,鋼筋在臺座上就位,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,先張法生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小,或,后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,造價(jià)低，便于以后再次張拉或更換預(yù)應(yīng)力鋼筋,根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼材與混凝土之間是否存在

33、粘結(jié)作用,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后夾具的作用即消失,*錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。,,,10.1.4錨具與夾具,螺絲端桿錨,,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,錐形錨具,鐓頭錨具,夾片錨具,目錄10.110

34、.210.310.410.510.610.710.810.9,,強(qiáng)度高；與混凝土間有足夠的粘結(jié)力；良好的加工性能和一定的塑性,要求,,,處于侵蝕介質(zhì)中的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不宜采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線等作為預(yù)應(yīng)力鋼筋,鋼筋類型,冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、冷拔低碳鋼絲,注意,,對直接承受動荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋,10.2 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,預(yù)

35、應(yīng)力鋼筋,,鋼絞線,目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9,混凝土,要求,,高強(qiáng)度、收縮與徐變小、快硬、早強(qiáng),混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30,張拉控制應(yīng)力,,張拉控制應(yīng)力范圍,,?con越大，混凝土中的預(yù)壓應(yīng)力越大，但過大會產(chǎn)生如下問題,,,使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞,預(yù)應(yīng)力筋過早進(jìn)入流幅，降低其塑性,增加鋼筋的松弛損失,預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）,由于錨具、墊塊本身

36、的變形，其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失,,,張拉端至錨固端之間的距離,,預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量,,張拉端錨具的變形和鋼筋的內(nèi)縮值，見教材表10.1,10.3 預(yù)應(yīng)力損失,10.3.1 張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失,,直線預(yù)應(yīng)力鋼筋,后張曲線或折線預(yù)應(yīng)力鋼筋,,,各符號含義見教材P184,,,后張法中，張拉鋼筋時(shí)，鋼筋在孔道中滑動，就會產(chǎn)生摩擦力,*孔道偏差等因素引起的,*曲線型孔道而引起的,10.3.2 預(yù)應(yīng)力鋼

37、筋與孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失,考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)，教材表10-2,預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數(shù)，教材表10-2,,,,減小摩擦損失的措施：一是采用超張拉工藝；二是采用兩端張拉,！,,混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座之間溫差引起的損失,,鋼筋的線膨脹系數(shù),*采用二次升溫法可減少?l3:先在常溫下養(yǎng)護(hù),當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到7.5~10N/mm2時(shí)再逐漸升溫,10.3.3 加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)鋼筋與設(shè)備之間溫差引起的損

38、失,,鋼筋在高應(yīng)力作用下，長度不變而應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛,鋼筋張拉后1小時(shí)內(nèi)約完成總松弛的50%，24小時(shí)內(nèi)完成總松弛的80%，以后逐漸收斂,,,采用超張拉時(shí)為0.9，不采用時(shí)為1.0,常數(shù)參見教材P186或規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定選用,10.3.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失,,收縮和徐變兩者相互有關(guān)，很難精確計(jì)算，為了簡化兩項(xiàng)損失可合并考慮,,受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率,,,受拉區(qū)或受壓區(qū)

39、預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力作用點(diǎn)處混凝土的法向壓應(yīng)力,高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應(yīng)增加20~30%,系數(shù)A、B、C、D參見教材P186中的相關(guān)規(guī)定,10.3.5 溫凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失,,采用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作為配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力筋對混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所引起的損失,10.3.6 環(huán)形構(gòu)件用螺旋式預(yù)應(yīng)力配筋時(shí)所引起的損失,,預(yù)應(yīng)力總損失的下限值,,先張法構(gòu)件： ?ll?100N/mm2,后張法構(gòu)件： ?ll

40、?80N/mm2,10.3.7 預(yù)應(yīng)力損失的組合,10.4 預(yù)應(yīng)力筋的傳遞長度和構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計(jì)算,10.4.1 預(yù)應(yīng)力筋的傳遞長度,,先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長度：,,,,各符號含義見教材P187,10.4.2 構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計(jì)算,,后張法構(gòu)件端部壓應(yīng)力分布圖,局部受壓區(qū)的截面尺寸驗(yàn)算,,,,混凝土局部受壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù),式中各符號的含義見教材p188,,,局部受壓的計(jì)算底面積,局部承壓承載力計(jì)

41、算,,,,方格網(wǎng)式配筋,螺旋式配筋,,,,局壓承載力公式（10.23）,局部受壓區(qū)的間接鋼筋（a）方格網(wǎng)式（b）螺旋式,,開裂前，荷載-位移關(guān)系為線性的，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力增長較少,開裂后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力急增，進(jìn)入非線性階段,10.5 軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析,受力特征,各階段應(yīng)力受力示意圖,（a）截面圖（b）放松預(yù)應(yīng)力筋（c）完成第二批損失（d）加荷至混凝土應(yīng)力為零（e）裂縫即將出現(xiàn)（f）破壞,10.5.1 先張法構(gòu)件,1）張拉鋼

42、筋,施工階段,2）完成第一批預(yù)應(yīng)力損失,,,3）放松鋼筋,,,,4）完成第二批損失,混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力,,,,,,1）消壓狀態(tài)----加載至混凝土中的應(yīng)力為0,,使用階段,,,,消壓軸力：,或,2）即將開裂狀態(tài),,,3）構(gòu)件破壞狀態(tài),,開裂荷載,或,注意：預(yù)應(yīng)力并不能提高構(gòu)件的極限承載力,1）穿鋼筋,10.5.2 后張法構(gòu)件,施工階段,,,公式各符號含義相見教材P192,,,,,3）完成第二批損失,,混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力,,,,使

43、用階段,1）消壓狀態(tài)----加載至混凝土中的應(yīng)力為0,2）即將開裂狀態(tài),3）構(gòu)件破壞狀態(tài),,10.5.3 先張法與后張法計(jì)算公式之比較,鋼筋應(yīng)力,混凝土應(yīng)力,軸向拉力,10.6 軸心受拉構(gòu)件計(jì)算,計(jì)算內(nèi)容,使用階段承載力計(jì)算 使用階段承載力計(jì)算與裂縫控制驗(yàn)算 施工階段承載力計(jì)算 后張法構(gòu)件端部局部承壓承載力驗(yàn)算,10.6.1 使用階段承載力計(jì)算,！,構(gòu)件破壞時(shí)，全部荷載有鋼筋承擔(dān)，正截面承載能力可按下式計(jì)算：,,,,軸向拉

44、力設(shè)計(jì)值,10.6.2 使用階段裂縫控制計(jì)算,1）一級：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件,,,,,,,,,2）二級：一般要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件,在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下，受拉邊緣應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，即：,,,3）三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件,按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計(jì)算的最大裂縫寬度,最大裂縫寬度限值,,,對環(huán)境類別為二a 類的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：,一般情況：,,荷載準(zhǔn)永久組合下抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向應(yīng)力,按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永

45、久組合計(jì)算的軸向拉力,,,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值Wlim（mm）,其中,10.6.3 施工階段驗(yàn)算,各符號含義見教材P184,,10.6.4 端部錨固區(qū)局部受壓承載能力驗(yàn)算,包括局部受壓區(qū)的截面尺寸驗(yàn)算和局部受壓承載力計(jì)算，同學(xué)們結(jié)合教材P195的例題仔細(xì)研讀,10.7 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計(jì)算,10.7.1 受彎構(gòu)件應(yīng)力分析,施工階段（已產(chǎn)生第一批預(yù)應(yīng)力損失）,先張法,后張法,,,,,,,,,,各公式的符號含義

46、可參見教材P198,,,施工階段（已完成第二批預(yù)應(yīng)力損失）,先張法,后張法,,,,,,,,,,,各公式的符號含義可參見教材P198,,,使用階段（消壓狀態(tài)）,截面下邊緣應(yīng)力為零時(shí),,,,或,,,消壓彎矩,換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩,使用階段（即將開裂狀態(tài)）,即將開裂狀態(tài),,,,開裂彎矩,,換算截面抵抗矩塑性影響系數(shù),,！,其他符號詳見教材,承載能力極限狀態(tài),構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)和計(jì)算方法與普通混凝土受彎構(gòu)件類似,正常工作狀態(tài),承載力極限

47、狀態(tài),,,10.7.2 使用階段正截面承載力計(jì)算,除了考慮預(yù)應(yīng)力筋的抗拉作用之外，其他方面計(jì)算與普通混凝土類似，此處不贅述。,10.7.3 使用階段斜截面承載力計(jì)算,,,各公式的符號含義可參見教材P198,,10.7.4 使用階段正截面裂縫控制驗(yàn)算,預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面裂縫控制驗(yàn)算與預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件類似 ，具體計(jì)算可參見教材或規(guī)范,10.7.5 使用階段斜截面裂縫控制驗(yàn)算,預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)分別對截面上的混凝土主拉

48、應(yīng)力和主壓應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算：,混凝土主拉應(yīng)力,混凝土主壓應(yīng)力,一級裂縫控制等級構(gòu)件，應(yīng)符合：,二級裂縫控制等級構(gòu)件，應(yīng)符合：,,,對一、二級裂縫等級構(gòu)件，均應(yīng)符合：,,10.7.6 使用階段撓度驗(yàn)算,預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下并考慮荷載長期作用影響的撓度計(jì)算公式：,,,,,2是考慮荷載長期作用下混凝土徐變作用引起的撓度增大系數(shù),,1）對于使用階段不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件（抗裂等級為一級和二級），構(gòu)件的短期剛度 可按下式計(jì)

49、算：,,外荷載引起的撓度,預(yù)應(yīng)力引起的反拱,2）對于使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件：,采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)：,,式中各符號詳見教材P204,10.7.7 施工階段驗(yàn)算,施工階段彎矩圖,,,預(yù)壓時(shí),起吊時(shí),施工階段計(jì)算簡圖,,,先張法構(gòu)件,后張法構(gòu)件,運(yùn)輸?shù)跹b時(shí)吊點(diǎn)處截面上、下邊緣纖維混凝土的應(yīng)力為,,,,,,,,,,,,10.8 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求,詳見教材P213，同學(xué)們在閱讀教材時(shí)注意思考，并加強(qiáng)與實(shí)踐相聯(lián)系,10.9 部分預(yù)應(yīng)力